Comment vaincre les interférences dans la conception de PCB

Avec le développement constant des technologies de l'information, les produits électroniques deviennent de plus en plus compliqués en termes de fonctions, de catégories et de structures, orientant la conception des PCB vers la direction des couches multiples et de la haute densité. En conséquence, une grande attention doit être accordée à la CEM (compatibilité électromagnétique) de la conception des PCB, car la conception CEM des PCB assure non seulement un fonctionnement normal et stable de tous les circuits à bord afin qu'ils ne soient pas mutuellement interférés les uns avec les autres, mais diminue également efficacement la transmission du rayonnement et l'émission conduite de PCB afin d'empêcher les circuits d'être interférés par le rayonnement et la conduction externes. L'interférence est l'ennemi numéro un d'EMC. Mais, ingénieurs, vous devriez arrêter de vous inquiéter à partir de cet article.

Classification des interférences avec les PCB

Les interférences liées aux PCB peuvent être classées en trois catégories :
1). Les interférences de mise en page font référence aux interférences causées par un placement inapproprié des composants sur le circuit imprimé.
2). Les interférences d'empilement font référence aux interférences sonores causées par un réglage non scientifique.
3). Les interférences de routage font référence aux interférences causées par un réglage incorrect de la distance entre les lignes de signal PCB, les lignes électriques et les lignes de mise à la terre, la largeur de ligne ou une méthode de routage PCB non scientifique.

En termes de classification des interférences PCB, certaines mesures de suppression peuvent être prises respectivement du point de vue des règles de disposition, de la stratégie d'empilement et des règles de routage avec une influence résultant de l'interférence PCB réduite ou même éliminée afin d'assurer la compatibilité avec la norme de conception CEM.

Mesures de suppression correspondantes pour les interférences liées aux PCB en fonction de leur classification

• Mesures de suppression des interférences de mise en page

Le privilège d'arrêter les interférences de mise en page réside dans une mise en page raisonnable du circuit imprimé qui doit être conforme aux six règles suivantes :

1). La position du circuit de chaque module de fonction doit être raisonnablement définie en fonction de l'emplacement du courant de signal et leurs directions d'écoulement doivent être maintenues les mêmes autant que possible.

2). Le composant central du circuit du module doit être placé au centre et les fils doivent être raccourcis autant que possible entre les composants, en particulier les composants haute fréquence.

3). L'intégration entre les éléments thermosensibles et les puces doit être effectuée loin des éléments chauffants.

4). La position du connecteur doit être déterminée en fonction des positions des composants à bord. Les connecteurs doivent être placés sur un côté du circuit imprimé afin d'empêcher les câbles de sortir des deux côtés et de réduire le rayonnement de courant en mode commun (CM).

5). Le pilote d'E/S doit être étroitement proche du connecteur afin d'arrêter le routage longue distance des signaux d'E/S sur la carte.

6). Les éléments thermosensibles ne doivent pas être placés trop près les uns des autres et les composants d'entrée et de sortie doivent également être éloignés d'eux.

• Mesures de suppression des interférences d'empilement

Premièrement, les informations de conception des PCB doivent être maîtrisées avec des éléments complets pris en compte, notamment la densité de la ligne de signal, la puissance et la classification de la mise à la terre afin de déterminer la puissance et le nombre de couches qui assurent la mise en œuvre de la fonction du circuit. La qualité de la stratégie d'empilement est essentiellement corrélée à la tension transitoire du plan de masse ou du plan d'alimentation et au blindage électromagnétique de l'alimentation et des signaux. Basé sur l'expérience pratique de conception d'empilement, la conception d'empilement doit être conforme aux règles suivantes :
1). Le plan de masse et le plan d'alimentation doivent être adjacents et la distance entre eux doit être aussi petite que possible.
2). Le plan de signal doit être étroitement proche du plan de masse ou du plan d'alimentation. Soit une seule couche, soit plusieurs couches, cela convient.

Dans le processus de conception de circuits imprimés à une ou deux couches, les lignes électriques et les lignes de signal doivent être soigneusement conçues. Afin de réduire la zone de boucle du courant électrique, les lignes de mise à la terre et les lignes électriques doivent être étroitement proches les unes des autres et doivent rester mutuellement parallèles. Pour les PCB à une seule couche, des lignes de mise à la terre de protection doivent être disposées des deux côtés des lignes de signal importantes. D'une part, il vise à réduire la zone de boucle des signaux. D'autre part, la diaphonie peut être évitée entre les lignes de signal.

Pour les PCB à double couche, des lignes de mise à la terre de protection peuvent également être définies ou une mise à la terre massive est mise en œuvre sur le plan image des signaux significatifs. Bien que la fabrication de PCB et le débogage d'assemblage soient simples et pratiques, il n'est pas acceptable de simuler directement des PCB compliqués tels qu'un circuit numérique et un circuit numérique-analogique car le rayonnement augmentera avec l'augmentation de la zone de boucle sans plan de référence.

Des PCB multicouches sont suggérés si le coût est suffisant. Trois règles doivent être suivies dans le processus de conception de PCB multicouche :
1). Pour les lignes de signal importantes, telles que les lignes de bus ou d'horloge à fort rayonnement et les lignes à haute sensibilité, le routage doit être mis en œuvre entre deux plans de masse ou au niveau du plan de signal qui est étroitement proche du plan de masse, ce qui est bénéfique pour le rétrécissement de la zone de boucle de signal, réduction de l'intensité du rayonnement et renforcement anti-interférence.
2). Le rayonnement de bord doit être assuré d'être sous contrôle efficace. Par rapport au plan de masse adjacent, le plan de puissance doit être réduit en interne de 5 à 20H (H fait référence à l'épaisseur diélectrique).
3).. Si des lignes de signal haute fréquence existent entre la couche inférieure et la couche supérieure, elles doivent être disposées entre la couche supérieure et le plan de masse afin d'interdire le rayonnement des lignes de signaux à haute fréquence dans l'espace.

• Mesures de suppression des interférences de routage

Afin d'interdire les interférences, les règles suivantes doivent être respectées en termes de routage :
1). Les fils à la borne de sortie et à la borne d'entrée doivent éviter d'être parallèles sur une longue distance. La diaphonie parallèle peut être réduite en ajoutant des lignes de mise à la terre ou en augmentant la distance entre les lignes.
2). La largeur de routage ne peut jamais être modifiée soudainement. Le coin doit être en arc ou avec un degré d'angle de 135 °.
3). Le rayonnement externe de la boucle de transport de courant augmente (diminue) avec l'augmentation (diminution) de la zone de boucle, du courant et de la fréquence du signal, il est donc nécessaire de réduire la zone de boucle de plomb lorsque le courant circule.
4). La longueur du fil doit être réduite tandis que la largeur doit être augmentée afin de diminuer l'impédance des fils.
5). Pour minimiser le couplage de bruit et la diaphonie entre les lignes adjacentes, veuillez effectuer un traitement d'isolation entre les lignes pour assurer l'isolation du routage.
6). Le signal clé d'isolation shunt doit être défini et les signaux clés sont protégés par des circuits de protection.

De plus, lors de l'acheminement des lignes de signal, des lignes électriques et des lignes de mise à la terre, veuillez suivre les règles d'acheminement conformément à ses propres caractéristiques et fonctions :
a. Les lignes de mise à la terre publiques doivent être disposées au bord du circuit imprimé avec un motif en maille ou en boucle ; les lignes de mise à la terre doivent être aussi épaisses que possible et plus de feuille de cuivre doit être appliquée afin de renforcer l'effet de blindage ; la mise à la terre analogique doit être isolée avec la mise à la terre numérique et la connexion parallèle à point unique doit être appliquée dans la terre basse fréquence de la terre analogique. La connexion en série multipoint doit être appliquée dans une masse haute fréquence. Dans le routage pratique, la connexion en série peut être combinée avec une connexion parallèle.
b. La largeur des lignes électriques doit être augmentée dans la mesure du possible et la résistance de boucle doit être réduite afin d'assurer la synchronisation entre la direction des lignes de terre et des lignes électriques et celle de la transmission des données. Pour les PCB multicouches, la distance entre les lignes électriques et le plan de masse ou le plan d'alimentation doit être réduite. L'alimentation doit être fournie à chaque unité fonctionnelle indépendamment et les circuits alimentés par le secteur public doivent être proches et compatibles les uns avec les autres.
c. Les lignes de signal doivent être aussi courtes que possible afin d'assurer la réduction du chemin de couplage du signal d'interférence. Les lignes de signal d'horloge et les lignes de signal sensibles doivent être acheminées en premier, viennent ensuite les lignes de signal à grande vitesse et enfin viennent les lignes de signal insignifiantes. Si les lignes de signal ne sont pas compatibles les unes avec les autres, un traitement d'isolation doit être mis en œuvre pour arrêter la génération d'interférences de couplage. Le routage du signal clé ne peut pas dépasser la zone de séparation ou même l'espace du plan de référence causé par le pad et le trou traversant. Sinon, la zone de boucle de signal sera augmentée. Pendant ce temps, afin d'interdire le rayonnement de bord, la distance entre les lignes de signal clés et le plan de référence ne peut pas être inférieure à 3H (H fait référence à la hauteur entre les lignes de signal clés et le plan de référence).

La seule chose que nous ayons à craindre est la peur elle-même. Pour les ingénieurs en électronique, dans le processus de conception de PCB, peut-être que les interférences vous laissent toujours tomber. Cependant, tant que nous savons d'où proviennent les interférences et que nous prenons des mesures efficaces, les interférences seront certainement réduites et les performances du PCB pleinement réalisées.

Ressources utiles :
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